1 引言

    隨著客戶對變速箱產品的個性化要求越來越高，裝配方式也由傳統的單一裝配向混線裝配轉變，生產控制的規模和復雜程度也逐漸提高，因此對系統的柔性能力、生產管理和質量控制的要求也越來越高。而傳統方式的紙制條形碼容易破壞及條碼信息在裝配過程中不能更改，從而不能將裝配過程的信息實時記錄下來并反饋給上層生產管理系統，也很難快速找出故障原因及準確跟蹤變速器裝配過程。因此，在變速箱裝配過程中急需一種新的信息識別技術來改進條形碼的不足。

    RFID（Radio Frequency Identification）作為一種非接觸式自動識別技術，目前已有國內外學者對RFID 在生產過程中的應用進行相關研究。Gary M.Gaukler通過分析RFID 在裝配防差錯管理中的應用，構建了RFID 應用成本收益定量分析決策模型。Fagui Liu 和Zhaowei Miao在分析陶瓷浴缸生產過程的基礎上，提出了基于RFID 的生產過程動態監控系統。臧傳真和范玉順通過分析RFID 等智能物件技術在制造企業的應用場景，構建了基于智能物件的制造企業信息系統。

    因此本文提出將RFID技術應用在變速箱裝配過程，能夠滿足裝配線管理的信息化需求，實現對變速箱裝配的實時、準確的跟蹤，從而解決條碼技術在跟蹤變速箱裝配過程中存在的問題。

    2 變速箱裝配線生產管理現狀

    目前大部分變速箱生產企業采用了企業資源計劃（ERP）系統以及制造執行系統（MES）。ERP 作為企業管理的最上層，其主要功能是把物料信息、采購到貨信息、訂單信息等資源類信息傳給MES，同時MES 根據來自ERP 的主生產計劃自動生成各個工件的工藝流程、工序時間、對應的邏輯關系、生產資源等，最后MES 經過處理把物料需求計劃、生產隊列計劃、車間現場信息等反饋給ERP 系統。由于條碼技術的局限性，使得ERP、MES 信息非常滯后，信息的實時性較差?？偨Y起來變速箱裝配線存在以下問題：

    2.1 生產流程管理方面

    1）總裝生產數據不能及時統計，使產品統計的及時可查詢性和數據準確性得不到保證，且造成人力資源的浪費；
    2）目前整個生產線的管理以批次管理為單位，針對每一個具體的產品無法進行有效的管理，不能對生產線上每一個產品的生產過程進行有效的監控。

    2.2 生產質量過程管理和質量追溯方面

    1）生產過程質量管理。目前生產質量管理主要是采用匯總統計分析的方式,而隨著客戶個性化的要求，企業希望實現單品管理，記錄單個產品的質量信息。
    2）質量追溯管理。變速箱產品的質量問題主要通過整機流水號查詢零部件的批次號和供應商代號，無法準確快速的追溯到對應的批次，造成質量追溯困難。

    目前一些制造企業在其裝配線上采用了先進的射頻識別技術來解決信息脫節的問題。比如寶馬汽車公司、三菱汽車公司都采用了RFID 技術來跟蹤生產裝配過程，國內的一汽大眾總裝線上也采用RFID技術來進行生產數據的采集。因此應用RFID 技術可以解決上述問題：通過把各個工位的動態裝配信息寫入標簽內，實現裝配線的動態調度，使生產調度更加及時準確；通過與MES 系統的連接，追蹤每個變速箱的裝配信息及所裝零部件的信息；將裝配過程的數據存儲在標簽中，減少網絡負擔，當信息系統發生中斷時，生產過程數據也能夠保存。

    3 系統設計

    3.1 系統的總體設計

    多品種變速箱裝配生產管理系統一個由計算機控制和管理、網絡通信、RFID 技術融合的裝配線信息化管理系統。該系統主要通過在變速箱箱體上安裝RFID 標簽，在裝配線的第一道工序閱讀器將箱體的品種代號、流水號、各工位安裝零部件信息及工位提示信息寫入標簽內。在裝配線的關鍵工位以及需要防錯功能的裝配工位安裝閱讀器，通過閱讀標簽內的信息提示工作人員當前的箱體類型并拿取正確的零件進行裝配。在質檢工位閱讀器將質量檢驗結果寫入標簽內，使每一工位的質量信息可查詢、跟蹤以及分析，從而指導整個裝配線的工作。在最后一道工序內，閱讀器將標簽內的所有信息進行讀取并送入車間信息系統，通過訪問車間信息系統做到對生產信息的記錄、跟蹤和統計。通過將車間的首尾計算機、各工位閱讀器通過網絡進行連接，實現裝配線信息上傳至車間信息系統或更高級的ERP 系統。RFID標簽的主要分布如圖1 所示。

圖 1 RFID工作示意圖

    為了更好的說明裝配線生產管理系統各組成的功能，現說明如下：
    1) RFID 標簽。在變速箱箱體上線前安裝RFID 標簽，在箱體出廠前將標簽回收，以重復利用，以及在物料配送的料箱上貼有RFID 標簽。在標簽內承載的主要信息有①箱體類型；②箱體標號；③待裝配的零部件編號；④質量信息，在質檢工位的質量檢驗結果（合格或者不合格）；⑤返修信息，返修次數及質量結果確認（合格或者不合格）。
    2）閱讀器。在裝配線的首位工位、關重工位、質量檢驗工位都安裝有RFID 閱讀器。閱讀器的主要功能如下：①將箱體或料箱的初始信息寫入標簽內；②從箱體或者料箱上讀取標簽內的相關信息；③將所獲信息傳送至工位信息邏輯處理器（PLC），并根據信息內容再由PLC 送到工位顯示器；④將裝配作業質量信息寫入箱體標簽內。
    3）RFID 中間件。位于RFID 硬件和后臺應用系統之間的一種軟件，其主要任務是將數據送往企業應用系統之前進行標簽數據校對、讀寫器協調、數據存儲和業務處理等。
    4）工位信息看板。裝配線上凡涉及需要多品種管理功能的工位，須安裝看板。當箱體到達這些工位時，看板上應能及時顯示由閱讀器從箱體標簽上讀取的品種信息及其他特殊信息，指導操作者進行正確的裝配。

    3.2 系統體系結構

    基于 RFID 的制造執行系統采用分層結構，系統體系結構如圖2 所示。

圖2 基于RFID的系統體系結構

    3.2.1 系統結構說明：其中物理層和中間件層是數據采集層，采用C/S 結構，通過RFID 的標簽和閱讀器組成的RFID 硬件系統實時獲得裝配線的生產數據，并通過通過中間件對原始數據進行過濾、去重以及初步的業務處理功能，減少上層的MES 的數據處理組件的工作。數據處理層用于對來自裝配線的實時數據進行邏輯處理，按照MES 的系統需求，將來自低層的數據進行數據處理、融合、存儲，以支撐功能層的數據要求。功能層實現MES 系統中面向用戶的作業計劃管理、生產調度、質量管理等功能。該部分采用B/S 結構，實現各職能部門對裝配過程的管理及協調。系統集成接口層實現MES 系統與上層的ERP 系統進行數據和業務的集成。

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